重力レンズで探る不明確な宇宙論パラメータの制限

用引力透镜探索不清楚的宇宙学参数的局限性

基本信息

批准号：
12J01997
负责人：
白崎正人
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

重力レンズ現象とは、遠方天体の像が、観測者と遠方天体の間に位置する質量分布によってゆがめられる一般相対論的な効果である。一般に重力レンズ効果による像のゆがみ具合はわずかなものであるが、統計処理を施すことにより視線方向に位置する質量分布を再構築することが可能である。重力レンズ現象によって再構築された質量分布は、我々の宇宙の組成や膨張史に依存しているために、重力レンズ解析により我々の宇宙の組成や膨張史に制限を与えることができる。採用第三年度は、重力レンズ解析と多波長観測データの組み合わせにより、重力レンズの単独解析では明らかにできない暗黒物質の素粒子的性質を調査した。この研究では、暗黒物質の素粒子的な性質として、対消滅反応に着目した。実在するガンマ線観測と銀河撮像観測の2種のデータの相関解析を世界で初めて行い、暗黒物質の対消滅可能性を探査した。現行のデータでは有意な相関は見られなかったが、測定結果と理論モデルの比較から、暗黒物質対消滅に関する上限を与えることに成功した。また、将来銀河撮像計画における背景銀河楕円率のデータ蓄積により、期待される暗黒物質対消滅に関する制限は、幅広い暗黒物質質量の範囲で近傍の制限と同等かそれ以上になることを示した。また、昨年度に引き続き、重力レンズ解析によって再構築される二次元質量密度場(convergence field)に関する統計解析と、その結果得られると期待される宇宙論的な制限についての研究を行った。複数の統計量のモデル化において、先行研究では明らかにされていなかった理論的な不定性の一つであるバリオン物理の影響を、数値シミュレーションを利用して調査した。バリオン物理の影響は、1,000平方度クラスの銀河撮像観測には大きな影響は与えないが、10,000平方度程度の観測では、統計誤差を上回る系統誤差を生じさせる可能性があることを示した。

引力透镜是一种广义相对论效应，其中远处物体的图像因观察者和远处物体之间的质量分布而扭曲。一般来说，由于引力透镜效应造成的图像畸变程度很小，但通过进行统计处理，可以重建位于视线方向的质量分布。由于引力透镜重建的质量分布取决于宇宙的组成和膨胀历史，因此引力透镜分析可以提供对宇宙的组成和膨胀历史的约束。在项目的第三年，我们结合引力透镜分析和多波长观测数据来研究暗物质的亚原子特性，这些特性仅通过引力透镜分析无法阐明。在这项研究中，我们重点关注湮没反应作为暗物质的基本粒子特性。我们在世界上首次对实际伽马射线观测和星系成像观测两类数据进行了相关分析，并研究了暗物质湮灭的可能性。尽管与当前数据没有发现显着相关性，但通过将测量结果与理论模型进行比较，他们成功地提供了暗物质对湮灭的上限。此外，通过在未来星系成像项目中积累背景星系椭圆率的数据，我们表明暗物质对湮灭的预期极限等于或大于大范围暗物质质量的附近极限。继去年之后，我们还对引力透镜分析重建的二维质量密度场（汇聚场）进行了统计分析，并对结果预期得到的宇宙学约束进行了研究。在对多重统计建模时，我们使用数值模拟来研究重子物理的影响，这是先前研究中尚未阐明的理论不确定性之一。我们表明，重子物理的影响对 1000 平方度级的星系成像观测没有很大影响，但它可能会导致约 10000 平方度级观测中超过统计误差的系统误差。